Un grupo de investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), en colaboración con científicos chinos de la Universidad de Nanjing (NJU), han diseñado un nuevo tipo de aislamiento acústico que permite concentrar las ondas sonoras en los rincones. Esta línea de investigación podría tener aplicaciones en tecnologías de ultrasonido industrial o en la mejora de determinadas pruebas de diagnóstico médico como la ecografía.

La investigación se enmarca dentro del campo de estudio de la física de la materia condensada, más específicamente, el campo de los materiales topológicos, los cuales son sólidos y que se comportan como aislantes eléctricos en su interior permitiendo la conducción eléctrica en la superficie. Otra característica que hace que estos materiales sean interesantes es que están "protegidos topológicamente, " es decir, una señal permanece robusta e insensible a la presencia de impurezas y defectos del material. Varios proyectos de investigación recientes han demostrado que los aisladores topológicos de orden superior pueden concentrar energía en las esquinas. Lo que han hecho los científicos de la UC3M y la NJU es "traducir" este fenómeno, que es bien conocido en la teoría de la física cuántica, a la acústica clásica para poder enfocar la energía acústica en las esquinas. Los resultados fueron publicados recientemente en la revista Cartas de revisión física .

Para explicar el proceso de forma intuitiva, los investigadores utilizan como ejemplo la escultura "Organo" de Eusebio Sempere. Ubicado en los jardines de la Fundación Juan March en Madrid (ver imagen), esta escultura está compuesta por barras huecas de aluminio que están separadas unos de otros por unos centímetros y colocadas en una celosía cuadrada. En 1995, Los científicos españoles demostraron que la escultura era capaz de atenuar el sonido.

Usando esta idea como punto de partida, Se han realizado varios estudios en los que, mediante la combinación de dos cristales con diferentes topologías, el sonido sólo podía transportarse a través de la interfaz entre los dos. "En este caso, hemos dado un paso más. La estructura de estudio está formada por dos cristales sónicos con diferente topología colocados concéntricamente. Esta nueva configuración significa que el sonido no se puede transmitir a través de toda la estructura, sino que está enfocado en las esquinas entre los dos cristales. La intensidad del sonido en cada uno de estos rincones dependerá de las propiedades físicas que se tengan en cuenta, "explica uno de los autores del estudio, Johan Christensen, del Departamento de Física de la UC3M.

Estas predicciones teóricas también han sido validadas experimentalmente en un artículo publicado en el último número de la revista. Materiales avanzados . "Más allá de su importancia académica, anticipamos que los resultados obtenidos podrían ser utilizados para enfocar la energía acústica, "añade otro de los autores, María Rosendo López, investigador del proyecto PHONOMETA de la UC3M. Las aplicaciones potenciales incluyen el desarrollo de nuevas guías de ondas, es decir, estructuras físicas que se utilizan para guiar las ondas sonoras. "Podemos lograr esto sin la necesidad de un canal físico, sino simplemente a través de la topología del sistema de estudio. Este caso de transporte de sonido es relevante para aplicaciones de filtrado y conducción. A diferencia de los sistemas pasivos tradicionales, éste es muy robusto contra las imperfecciones, "dice María Rosendo López.

Otra aplicación potencial es la conversión acústico-eléctrica. "Como podemos concentrar el sonido en las esquinas, cosechar la energía acústica, concentrarse en las esquinas y luego convertirlo en energía eléctrica, “Añaden los investigadores. Estos avances también podrían tener aplicaciones en tecnologías de ultrasonido industrial o en la mejora de determinadas pruebas de diagnóstico médico como la ecografía, por ejemplo.